由于凸緣聯軸器結構簡單,制造容易,徑向尺寸小,成本低所以在國民經濟及其他領域得到了廣泛的應用。作為旋轉機械機構,并且由于制造和安裝的誤差,導致凸 緣聯軸器成為整個系統中的易損零件。因此非常有必要對凸緣聯軸器進行結構受力分析,從內部找出其故障的機理,從而為凸緣聯軸器的設計提供一定的理論依據。
   
一、凸緣聯軸器的結構特點
   
    凸緣聯軸器是一種應用最廣的剛性聯軸器,有兩個半聯軸器及連接螺栓組成。凸緣聯軸器有兩種對中方法,一種是用一半聯軸器上的凸榫頭與另一半聯軸器上的凹榫槽相配對中;另一種是用鉸制孔用螺栓對中。此種聯軸器結構簡單、成本低、可傳遞較大的轉矩。
   
    本文研究的就是上面說的鉸制孔用螺栓對中的凸緣聯軸器。首先在三維制圖軟件proe建造鉸制孔用螺栓對中的凸緣聯軸器,如圖1所示。半聯軸器的結構尺寸如圖2所示。
 

        圖1 在Proe中建造鉸制孔用螺栓對中的凸緣聯軸器   

    圖2 半聯軸器的結構尺寸
   

    由上圖可以知道半聯軸器外環上有4個直徑為12mm的小圓孔,半聯軸器的外環直徑是120mm,內環直徑是30mm也就是和直徑為30mm的軸配合使用。 已知聯軸器的轉速為8000r/min,傳遞功率335kw 。下面利用有限元分析方法分別計算在旋轉過程中的離心力、傳動螺栓的切向力等情況下聯軸器的應力分布情況。   

二、分析過程   

    1.有限元模型的建立
   
    在三維制圖軟件Proe中,已經設計好符合國家標準的凸緣聯軸器模型,見上圖1。由于兩個半聯軸器的結構完全一樣,因此,我們僅對一個半聯軸器進行分析。通過Proe和ANSYS的接口如圖3所示,把建造的半聯軸器導入到ANSYS中見圖4。

    圖3 Proe和ANSYS的接口
   

    
    圖4 將半聯軸器導入到ANSYS中
   

    設置分析類型為結構分析,定義單元類型為Solid45(該單元用于構造三維實體結構。單元通過8個節點來定義,每個節點有3個沿著xyz方向平移的自由 度。單元具有塑性,蠕變,膨脹,應力強化,大變形和大應變能力)。定義材料的彈性模量、泊松比和密度。網格劃分采用網格劃分工具,在網格劃分工具中設置單 元的屬性和劃分單元的長度。選擇自適應網格劃分的方式,設置智能劃分的數值為6。劃分的結果見圖5,從圖上可以看出,對于容易出現應力集中的位置,網格都 劃分的比較細,能夠保證分析的精度。

圖5 網格劃分的結果
   

    2.在扭矩作用下半聯軸器的變形和應力
   
    本文所分析的凸緣聯軸器是通過半聯軸器上的4個鉸接孔用螺栓將扭矩從一端傳到另一端。分析時,以四個螺孔同一側的半個面固定,在鍵槽的一個面上施加力。已 知功率P為355kw,轉矩為400 N/m,配合的軸的直徑為30mm。有限元分析的結果如圖6。從圖6上我們可以發現,在轉矩為400 N/m時,半聯軸器的最大位移為0.007914mm,最大位移發生在鍵槽出;最大應力也出現在鍵槽處,所得結果與實際情況相符合。

圖6 有限元分析的結果

    3.半聯軸器的離心力分析   

    根據半凸緣聯軸器的工作情況及其約束條件為軸孔心軸向和周向約束而徑向放開。因此在離心力的作用下,限制軸孔的周向和軸向位移,然后施加慣性載荷即角速 度,并進行分析。已知條件為轉速8000r/min,轉化成角速度,即N=2π×800/60,此時半聯軸器所受的外載荷只有繞Y軸的角速度。分析結果如 圖7、圖8。圖7是半聯軸器在額定轉速下,各部分的位移情況,從圖上我們可以知道最大位移是0.001364mm,產生最大位移的位置在半聯軸器內測。圖 8是各部分的應力情況,從圖上我們可以知道最大應力為16MPa,遠小于材料的屈服應力。

圖7 半聯軸器在額定轉速下的位移情況

    

圖8  各部分的應力情況

三、結語
   
    本文利用大型通用分析程序ANSYS 以半凸緣聯軸器為例,分析了凸緣聯軸器在受扭轉載荷與高速旋轉時產生的離心力載荷時的應力與應變分布分布情況。從上面的分析數據中,我們可以知道該聯軸器在正常工作時它的應力和應變都在允許的范圍內,所以設計合理。